Technisches Gebiet der Erfindung Technical field of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf optische Kommunikationsmodule. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Wärmedissipation Systeme und Verfahren, welche in optischen Kommunikationsmodulen wie zum Beispiel parallele optische Sender, Empfänger und Transceivermodule verwendet werden. The invention relates to optical communication modules. More particularly, the invention relates to heat dissipation systems and methods used in optical communication modules such as parallel optical transmitters, receivers, and transceiver modules.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Eine Vielzahl von parallelen optischen Kommunikationsmodulen existiert für ein simultanes Senden und/oder Empfangen von mehreren optischen Datensignalen über mehrere entsprechende optische Datenkanäle. Parallele optische Sender (transmitters) haben mehrere optische Sendekanäle zum simultanen Senden von mehreren entsprechenden optischen Datensignalen über mehrere entsprechende optische Wellenleiter (z.B. optische Fasern). Parallele optische Empfänger haben mehrere optische Empfangskanäle zum simultanen Empfangen von mehreren entsprechenden optischen Datensignalen über mehrere entsprechende optische Wellenleiter. Parallele optische Transceiver haben mehrere optische Sende- und Empfangskanäle zum simultanen Senden und Empfangen von mehreren entsprechenden optischen Sende- und Empfang-Datensignalen über mehrere entsprechende optische Sende- und Empfang-Wellenleiter. A plurality of parallel optical communication modules exist for simultaneously transmitting and / or receiving a plurality of optical data signals over a plurality of respective optical data channels. Parallel optical transmitters have multiple transmit optical channels for simultaneously transmitting a plurality of corresponding optical data signals over a plurality of respective optical waveguides (e.g., optical fibers). Parallel optical receivers have multiple optical receiving channels for simultaneously receiving a plurality of corresponding optical data signals over a plurality of respective optical waveguides. Parallel optical transceivers have a plurality of optical transmit and receive channels for simultaneously transmitting and receiving a plurality of corresponding optical transmit and receive data signals over a plurality of respective optical transmit and receive waveguides.
Für jeden dieser unterschiedlichen Typen von parallelen optischen Kommunikationsmodulen existiert eine Vielzahl von Designs und Konfigurationen. Ein typisches Layout für ein paralleles optisches Kommunikationsmodul beinhaltet einer Platine, wie zum Beispiel eine Leiterplatine (printed circuit board) (PCB), ein Ball Grid Array (BGA) oder Ähnliches, auf welchem verschiedene elektrische Komponenten und opto-elektronische Komponenten (d.h. Laserdioden und/oder Photodioden) montiert sind. In dem Fall eines parallelen optischen Senders sind Laserdioden und ein oder mehr Laserdioden Treiber integrierte Schaltkreise (integrated circuiuts) (ICs) auf der Platine montiert. Die Platine hat elektrische Leiter, welche durch sie hindurch laufen (d.h. elektrische Spuren (traces) und Vias), und elektrische Kontaktpads auf ihr. Die elektrischen Kontaktpads des oder der Laserdioden Treiber IC(s) sind elektrisch mit den elektrischen Leitern der Platine verbunden. Eine oder mehr andere elektrische Komponenten, wie beispielsweise ein Steuer IC, sind typischerweise ebenfalls auf der Platine montiert und elektrisch mit der Platine verbunden. There are a variety of designs and configurations for each of these different types of parallel optical communication modules. A typical layout for a parallel optical communication module includes a printed circuit board, such as a printed circuit board (PCB), a ball grid array (BGA), or the like, on which various electrical components and opto-electronic components (ie, laser diodes and or photodiodes) are mounted. In the case of a parallel optical transmitter, laser diodes and one or more laser diode driver integrated circuits (ICs) are mounted on the board. The board has electrical conductors passing through it (i.e., electrical traces and vias) and electrical contact pads thereon. The electrical contact pads of the laser diode driver or drivers IC (s) are electrically connected to the electrical conductors of the board. One or more other electrical components, such as a control IC, are also typically mounted on the board and electrically connected to the board.
Ähnliche Konfigurationen werden für parallele optische Empfänger verwendet mit der Ausnahme, dass die Platine des parallelen optischen Empfängers auf ihr eine Mehrzahl von Photodioden anstelle der Laserdioden montiert hat und ein Empfänger IC auf ihr anstelle eines Laserdioden Treiber IC montiert ist. Der Empfänger IC beinhaltet typischerweise eine Verstärkungsschaltung und manchmal beinhaltet er eine Takt- und Datenwiederherstellung (clock and data recovery) (CDR)-Schaltung zum Wiederherstellen des Takts und der Datenbits. Parallele optische Transceiver haben typischerweise Laserdioden, Photodioden, einen oder mehr Laserdioden Treiber ICs und einen Empfänger IC auf ihnen montiert, obwohl eine oder mehr von diesen Vorrichtungen in dem gleichen IC integriert sein mag oder mögen, um eine Stückanzahl (part count) zu reduzieren und andere Vorteile bereitzustellen. Similar configurations are used for parallel optical receivers except that the board of the parallel optical receiver has mounted thereon a plurality of photodiodes instead of the laser diodes and a receiver IC is mounted on it instead of a laser diode driver IC. The receiver IC typically includes an amplification circuit and sometimes includes a clock and data recovery (CDR) circuit for restoring the clock and data bits. Parallel optical transceivers typically have laser diodes, photodiodes, one or more laser diode driver ICs, and a receiver IC mounted thereon, although one or more of these devices may or may be integrated in the same IC to reduce a part count to provide other benefits.
1 illustriert eine perspektivische Ansicht eines parallelen optischen Kommunikationsmoduls 2, welches als ein CXP Modul bekannt ist. Das CXP Modul 2 ist ein steckbares (pluggable) Modul, welches typischerweise zwölf Sendekanäle und zwölf Empfangskanäle hat. Das CXP Modul 2 ist relativ kompakt in der Größe und ist konfiguriert, um in eine Anschlussbuchse (receptacle) gesteckt zu werden, welche in einer Frontplatte einer 1U Box (nicht gezeigt) angeordnet ist. Typischerweise werden mehrere CXP Module des Typs, welcher in der 1 gezeigt ist, in jeweilige Seite an Seite Anschlussbuchsen einer 1U Box gesteckt. Die Wärme, welche mittels der elektrischen und opto-elektronischen Komponenten, wie beispielsweise die ICs und Laserdioden, generiert wird, wird durch das metallene Modulgehäuse 2a hindurch in eine externe Wärmedissipation Vorrichtung 3 transferiert, welche die Wärme dissipiert. 1 illustrates a perspective view of a parallel optical communication module 2 , which is known as a CXP module. The CXP module 2 is a pluggable module, which typically has twelve transmit channels and twelve receive channels. The CXP module 2 is relatively compact in size and is configured to be plugged into a receptacle located in a front panel of a 1U box (not shown). Typically, several CXP modules of the type which are used in the 1 is shown, plugged into each side by side sockets of a 1U box. The heat generated by the electrical and opto-electronic components, such as the ICs and laser diodes, is transmitted through the metal module housing 2a through into an external heat dissipation device 3 transferred, which dissipates the heat.
Die Größe einer Wärmedissipation Vorrichtung ist direkt proportional zu dem Wärmeanstieg (heat rise) und ihrer Wärmelast. Es kann aus der 1 gesehen werden, dass die Größe der externen Wärmedissipation Vorrichtung 3 groß im Vergleich zu der Größe des CXP Moduls 2 ist. Aus diesem Grund konsumiert die Wärmedissipation Vorrichtung 3 eine relativ große Menge des Raums innerhalb der 1U Box. Spezifikationen für das CXP Modul 2 setzen eine obere Grenze bei der Temperatur des Modulgehäuses 2a bei 80 °Celsius (C) und eine obere Grenze bei der Temperatur der Luft innerhalb der 1U Box bei 70° C. Die Wärmedissipation Vorrichtung 3 ist ausgebildet, um Wärme in einer Art und Weise zu dissipieren, welche es diesen Grenzen erlaubt, erfüllt zu werden. The size of a heat dissipation device is directly proportional to the heat rise and its thermal load. It may be from the 1 be seen that the size of the external heat dissipation device 3 big compared to the size of the CXP module 2 is. For this reason, the heat dissipation device consumes 3 a relatively large amount of space within the 1U box. Specifications for the CXP module 2 set an upper limit on the temperature of the module housing 2a at 80 ° C (C) and an upper limit in the temperature of the air inside the 1U box at 70 ° C. The heat dissipation device 3 is designed to dissipate heat in a manner that allows these limits to be met.
Die Laserdioden des CXP Moduls 2 sind sehr empfindlich auf Anstiege in der Temperatur. Im Allgemeinen muss, um die Geschwindigkeit der Laserdioden ohne ein Opfern der Performanz zu erhöhen, die Betriebstemperatur der Laserdioden gesenkt werden. Eine Lösung würde sein, welche für einen signifikanten Anstieg in der Datenrate der Laserdioden des Moduls 2 ohne ein Degradieren deren Performanz erlauben würde, die Größe der Wärmedissipation Vorrichtung 3 signifikant zu erhöhen. Jedoch ist, weil die Wärmedissipation Vorrichtung 3 bereits relativ groß ist, ein weiteres Erhöhen deren Größe keine wünschenswerte Lösung aus einer Vielzahl von Gründen. Zum Beispiel könnte ein Erhöhen der Größe der Wärmedissipation Vorrichtung 3 eine Modul Montierdichte verringern und Kosten erhöhen. The laser diodes of the CXP module 2 are very sensitive to increases in temperature. In general, to increase the speed of the laser diodes without sacrificing performance, the operating temperature of the laser diodes must be lowered. One solution would be for a significant increase in the data rate of the laser diodes of the module 2 without degrading their performance would allow the size of the heat dissipation device 3 significantly increase. However, because the heat dissipation device 3 already relatively large, further increasing their size is not a desirable solution for a variety of reasons. For example, increasing the size of the heat dissipation device could 3 reduce a module mounting density and increase costs.
Entsprechend existiert ein Bedarf für Verfahren und Systeme, welche verbesserte Wärmedissipationslösungen bereitstellen und welche in einem Sinne der Raumausnutzung effizient sind. Accordingly, there exists a need for methods and systems which provide improved heat dissipation solutions and which are efficient in a space utilization sense.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Die Erfindung ist auf Verfahren und Systeme für eine Verwendung in optischen Kommunikationsmodulen zum Dissipieren von Wärme gerichtet. Ein optisches Kommunikationsmodul, welches ein Wärmedissipation System und ein Verfahren einbezieht, weist auf (a) ein Modulgehäuse, (b) zumindest eine erste elektrische Unter-Anordnung (electrical subassembly) (ESA), (c) zumindest ein erstes Wärmedissipation Interface, (d) zumindest eine erste Wärmedissipation Vorrichtung und (e) zumindest eine zweite Wärmedissipation Vorrichtung. Das Modulgehäuse weist einen vorderen Gehäuseabschnitt und einen hinteren Gehäuseabschnitt auf, so dass, falls das optische Kommunikationsmodul in eine Anschlussbuchse eingesteckt ist, welche in einer Frontplatte gebildet ist, der vordere Gehäuseabschnitt vorne an der Frontplatte angeordnet ist und der hintere Gehäuseabschnitt hinten an der Frontplatte angeordnet ist. Die ESA beinhaltet zumindest eine erste Platine, zumindest einen ersten IC, welcher auf der ersten Platine montiert ist, und zumindest ein erstes Array von Laserdioden, welche auf der ersten Platine montiert sind. Das Wärmedissipation Interface ist mechanisch mit dem hinteren Gehäuseabschnitt und mit zumindest dem ersten IC gekoppelt. Die erste Wärmedissipation Vorrichtung ist mechanisch mit dem hinteren Gehäuseabschnitt gekoppelt und thermisch mit dem Wärmedissipation Interface gekoppelt. Zumindest ein Anteil der Wärme, welche mittels des ersten IC generiert wird, wird thermisch in die erste Wärmedissipation Vorrichtung über die thermische Kopplung zwischen der ersten Wärmedissipation Vorrichtung und dem Wärmedissipation Interface gekoppelt. Die zweite Wärmedissipation Vorrichtung ist mechanisch mit dem vorderen Gehäuseabschnitt gekoppelt und thermisch mit zumindest dem ersten Array von Laserdioden gekoppelt. Ein Anteil der Wärme, welche mittels der Laserdioden generiert wird, wird thermisch in die zweite Wärmedissipation Vorrichtung über die thermische Kopplung zwischen der zweiten Wärmedissipation Vorrichtung und dem ersten Array von Laserdioden gekoppelt. The invention is directed to methods and systems for use in optical communication modules for dissipating heat. An optical communication module incorporating a heat dissipation system and method includes (a) a module housing, (b) at least a first electrical subassembly (ESA), (c) at least a first heat dissipation interface, (i ) at least one first heat dissipation device and (e) at least one second heat dissipation device. The module housing has a front housing portion and a rear housing portion, so that if the optical communication module is plugged into a socket formed in a front panel, the front housing portion is located at the front of the front panel and the rear housing portion is located at the rear of the front panel is. The ESA includes at least a first board, at least a first IC mounted on the first board, and at least a first array of laser diodes mounted on the first board. The heat dissipation interface is mechanically coupled to the rear housing section and to at least the first IC. The first heat dissipation device is mechanically coupled to the rear housing section and thermally coupled to the heat dissipation interface. At least a portion of the heat generated by the first IC is thermally coupled into the first heat dissipation device via the thermal coupling between the first heat dissipation device and the heat dissipation interface. The second heat dissipation device is mechanically coupled to the front housing portion and thermally coupled to at least the first array of laser diodes. A portion of the heat generated by the laser diodes is thermally coupled into the second heat dissipation device via the thermal coupling between the second heat dissipation device and the first array of laser diodes.
Das Verfahren weißt auf:
Bereitstellen eines optischen Kommunikationsmoduls, welches aufweist (a) ein Modulgehäuse, welches zumindest ein erstes ESA hat, welches in dem Modulgehäuse angeordnet ist, (b) zumindest eine erste Wärmedissipation Vorrichtung, welche mechanisch mit einem hinteren Gehäuseabschnitt des Modulgehäuses gekoppelt ist und thermisch mit einem Wärmedissipation Interface gekoppelt ist, welches an dem hinteren Gehäuseabschnitt angeordnet ist, und (c) zumindest eine zweite Wärmedissipation Vorrichtung, welche mechanisch mit einem vorderen Gehäuseabschnitt des Modulgehäuses gekoppelt ist;
Dissipieren zumindest eines Anteils oder Abschnitts (portion) der Wärme, welche mittels eines ersten IC des ersten ESA generiert wird, mit der ersten Wärmedissipation Vorrichtung über die thermische Kopplung zwischen der ersten Wärmedissipation Vorrichtung und dem Wärmedissipation Interface; und
Dissipieren zumindest eines Anteils oder Abschnitts der Wärme, welche mittels der Laserdioden generiert wird, mit der zweiten Wärmedissipation Vorrichtung über die thermische Kopplung zwischen der zweiten Wärmedissipation Vorrichtung und dem ersten Array von Laserdioden. The procedure knows:
Providing an optical communication module comprising (a) a module housing having at least one first ESA disposed in the module housing, (b) at least one first heat dissipation device mechanically coupled to a rear housing portion of the module housing and thermally coupled to one Heat Dissipation Interface is arranged, which is arranged on the rear housing portion, and (c) at least a second heat dissipation device, which is mechanically coupled to a front housing portion of the module housing;
Dissipating at least a portion or portion of the heat generated by a first IC of the first ESA with the first heat dissipation device via the thermal coupling between the first heat dissipation device and the heat dissipation interface; and
Dissipating at least a portion or portion of the heat generated by the laser diodes with the second heat dissipation device via the thermal coupling between the second heat dissipation device and the first array of laser diodes.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, den folgenden Zeichnungen und den folgenden Ansprüchen offensichtlich werden. These and other features and advantages of the invention will become apparent from the following description, the following drawings and the following claims.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
1 illustriert eine perspektivische Ansicht eines bekannten parallelen optischen Kommunikationsmoduls, welches gemeinhin als ein CXP Modul bezeichnet wird, und einer Wärmedissipation Vorrichtung, welche an dem Modulgehäuse befestigt ist. 1 Figure 12 illustrates a perspective view of a known parallel optical communication module, commonly referred to as a CXP module, and a heat dissipation device attached to the module housing.
2 illustriert eine perspektivische Ansicht eines Hoch-Performanz (high-performance) CXP Moduls in Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel, welches einen vorderen und einen hinteren Gehäuseabschnitt, ein Wärmedissipation Interface, welches an dem hinteren Gehäuseabschnitt angeordnet ist, und eine Wärmedissipation Vorrichtung hat, welche in dem vorderen Gehäuseabschnitt angeordnet ist. 2 11 illustrates a perspective view of a high-performance CXP module in accordance with an illustrative embodiment having front and rear housing sections, a heat dissipation interface disposed on the rear housing section, and a heat dissipation device incorporated in FIG the front housing section is arranged.
3 illustriert eine perspektivische Querschnittsansicht des CXP Moduls, welches in der 2 gezeigt ist, welches in einer Anschlussbuchse eingesteckt ist, welche in einer Frontplatte einer 1U Box gebildet ist. 3 FIG. 12 illustrates a cross-sectional perspective view of the CXP module shown in FIG 2 is shown, which is plugged into a socket, which is formed in a front panel of a 1U box.
4 illustriert eine perspektivische Draufsicht auf einen Abschnitt des CXP Moduls, welches in der 2 gezeigt ist, wobei das CXP Modulgehäuse entfernt ist, um interne Merkmale des CXP Moduls offen zu legen, einschließlich einer ersten Platine, einer Kunststoff Abdeckung (plastic cover), einem ersten und einem zweiten Wärmedissipation Block, welche auf der ersten Platine montiert sind und welche durch jeweilige Öffnungen hindurch hervorstehen, welche in der Kunststoff Abdeckung gebildet sind, und einem optischen Verbinder (connector), welcher mit einer Anschlussbuchse zusammenpasst, welche in der Kunststoff Abdeckung gebildet ist. 4 11 illustrates a top perspective view of a portion of the CXP module which is shown in FIG 2 with the CXP module housing removed to reveal internal features of the CXP module, including a first board, one A plastic cover, a first and a second heat dissipation block, which are mounted on the first board and which protrude through respective openings formed in the plastic cover, and an optical connector which is connected to a connector socket mates, which is formed in the plastic cover.
5 illustriert eine perspektivische Draufsicht auf einen Abschnitt des CXP Moduls, welches in der 4 gezeigt ist, wobei die Kunststoff Abdeckung und der optische Verbinder entfernt sind, um andere Komponenten des CXP Moduls offen zu legen, einschließlich Abschnitten der ersten Platine, des ersten und des zweiten Wärmedissipation Blocks, der ersten und zweiten ICs und einen Array von VCSELs. 5 11 illustrates a top perspective view of a portion of the CXP module which is shown in FIG 4 with the plastic cover and optical connector removed to expose other components of the CXP module, including portions of the first board, the first and second heat dissipation blocks, the first and second ICs, and an array of VCSELs.
6 illustriert eine obere Draufsicht des Abschnitts der ersten Platine, welche in der 5 gezeigt ist, wobei die ICs und das VCSEL Array entfernt sind, um eine strukturierte Wärmedissipation Schicht offen zu legen, welche auf der oberen Oberfläche der ersten Platine gebildet ist. 6 FIG. 11 illustrates a top plan view of the portion of the first board which is shown in FIG 5 with the ICs and the VCSEL array removed to expose a structured heat dissipation layer formed on the top surface of the first board.
7 illustriert eine obere Draufsicht des Abschnitts der ersten Platine, welche in der 6 gezeigt ist, wobei die ICs und das VCSEL Array auf bestimmten Abschnitten der strukturierten Wärmedissipation Schicht montiert sind. 7 FIG. 11 illustrates a top plan view of the portion of the first board which is shown in FIG 6 wherein the ICs and the VCSEL array are mounted on certain portions of the structured heat dissipation layer.
8A und 8B illustrieren perspektivische vordere bzw. hintere Ansichten des Wärmedissipation Interface und der Wärmedissipation Vorrichtung des CXP Moduls, welches in den 2 und 3 gezeigt ist. 8A and 8B illustrate perspective front and rear views, respectively, of the heat dissipation interface and the heat dissipation device of the CXP module incorporated in the 2 and 3 is shown.
9 illustriert eine perspektivische hintere Ansicht des hinteren Gehäuseabschnitts, welche die Konfiguration des Wärmedissipation Interface und des thermischen Pfads zeigt, welchen es bereitstellt. 9 Figure 12 illustrates a rear perspective view of the rear housing section showing the configuration of the heat dissipation interface and the thermal path it provides.
Ausführliche Beschreibung eines illustrativen Ausführungsbeispiels Detailed description of an illustrative embodiment
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Wärmedissipation Lösung bereitgestellt, welche für eine Verwendung in CXP Modulen des Typs, welcher in der 1 gezeigt ist, geeignet ist, aber nicht auf eine Verwendung in CXP Modulen des Typs limitiert ist, welcher in der 1 gezeigt ist. Die Wärmedissipation Lösung erlaubt es der Performanz eines CXP Moduls, signifikant verbessert zu werden, ohne die Größe der Wärmedissipation Vorrichtung 3 erhöhen zu müssen, und könnte es der Größe der Wärmedissipation Vorrichtung 3 erlauben, verringert zu werden. Die Wärmedissipation Lösung entkoppelt thermisch den Wärmedissipation Pfad, welcher mit den Laserdioden assoziiert ist, von dem Wärmedissipation Pfad, welcher mit anderen wärmegenerierenden Komponenten des Moduls assoziiert ist, wie zum Beispiel der Laserdioden Treiber IC und der Empfänger IC. Ein Entkoppeln dieser Wärmedissipation Pfade erlaubt es der Temperatur der Laserdioden, kühler gehalten zu werden, wenn sie bei höheren Geschwindigkeiten betrieben werden, während es den Temperaturen der anderen Komponenten erlaubt, wärmer zu laufen, falls es erwünscht oder notwendig ist. In accordance with the invention, a heat dissipation solution is provided which is suitable for use in CXP modules of the type disclosed in U.S. Pat 1 is suitable, but not limited to, use in CXP modules of the type shown in U.S. Pat 1 is shown. The heat dissipation solution allows the performance of a CXP module to be significantly improved without the size of the heat dissipation device 3 and it might be the size of the heat dissipation device 3 allow to be reduced. The heat dissipation solution thermally decouples the heat dissipation path associated with the laser diodes from the heat dissipation path associated with other heat generating components of the module, such as the laser diode driver IC and the receiver IC. Decoupling these heat dissipation paths allows the temperature of the laser diodes to be kept cooler when operated at higher speeds while allowing the temperatures of the other components to run warmer if desired or necessary.
In Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen, welche hierin beschrieben sind, dissipiert die Wärmedissipation Vorrichtung 3 im Inneren der 1U Box nur Wärme, welche mit den ICs und anderen elektrischen Komponenten des Moduls assoziiert ist. Die Wärmedissipation Vorrichtung 3 wird nicht verwendet, um Wärme, welche mittels der Laserdioden produziert wird, zu dissipieren. Eine separate Wärmedissipation Vorrichtung, welche außerhalb der 1U Box ist, wird verwendet, um die Wärme, welche mittels der Laserdioden produziert wird, zu dissipieren. Die zwei Wärmedissipation Vorrichtungen sind thermisch voneinander entkoppelt. Illustrative oder exemplarische Ausführungsbeispiele der Wärmedissipation Lösung der Erfindung werden unten mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In accordance with embodiments described herein, the heat dissipation device dissipates 3 inside the 1U box only heat which is associated with the ICs and other electrical components of the module. The heat dissipation device 3 is not used to dissipate heat produced by the laser diodes. A separate heat dissipation device, which is outside the 1U box, is used to dissipate the heat produced by the laser diodes. The two heat dissipation devices are thermally decoupled from each other. Illustrative or exemplary embodiments of the heat dissipation solution of the invention are described below with reference to the figures.
Eines der Ziele der Erfindung ist, ein CXP Modul bereitzustellen, welches eine sehr hohe Performanz hat, ohne die Größe der Wärmedissipation Vorrichtung 3 erhöhen zu müssen. Das Hoch-Performanz CXP Modul des illustrativen Ausführungsbeispiels nutzt vertikal Kavität Oberflächen emittierende Laserdioden (vertical cavity surface emitting laser diodes) (VCSELs), welche bei einer hohen Geschwindigkeit (z.B. 20 bis 25 Gigabits pro Sekunde (Gbps)) betrieben werden, nichts desto trotz ist die Erfindung nicht mit Bezug auf die Typen der Laserdioden, welche in dem Modul verwendet werden, oder mit Bezug auf die Geschwindigkeit der Laserdioden limitiert. Während die thermische Leistung, welche mittels der VCSELs erzeugt wird, nur ein kleiner Anteil der gesamten thermischen Last ist und relativ konstant ist, erhöht sich die thermische Leistung, welche mittels der ICs produziert wird, stärker wenn sich die Bitrate erhöht. Zum Beispiel werden für Hochgeschwindigkeit Daten, welche in dem Hoch-Performanz CXP Modul empfangen werden, ein oder mehr der ICs typischerweise eine CDR Schaltung beinhalten, welche genutzt wird, um den Takt und die Datenbits wiederherzustellen. Die CDR Schaltung konsumiert und dissipiert eine relativ große Menge von Leistungen. Im Gegensatz zu dem bekannten CXP Modul 2, welches in der 1 gezeigt ist, welches ungefähr 2 bis 3 Watt von Leistung für die VCSELs und die ICs kombiniert dissipiert, dissipiert das Hoch-Performanz CXP Modul des illustrativen Ausführungsbeispiels typischerweise ungefähr 4 bis 9 Watt von Leistung für die VCSELs und die ICs kombiniert. Von den 4 bis 9 Watt der gesamten Leistung, welche dissipiert wird, sind die VCSELs nur für ungefähr 10 % (d.h. 0,4 bis 0,9 Watt) verantwortlich. One of the objects of the invention is to provide a CXP module which has a very high performance without the size of the heat dissipation device 3 to increase. The high-performance CXP module of the illustrative embodiment uses vertical cavity surface emitting laser diodes (VCSELs) operating at a high speed (eg, 20 to 25 gigabits per second (Gbps)), nonetheless For example, the invention is not limited with respect to the types of laser diodes used in the module or with respect to the speed of the laser diodes. While the thermal power generated by the VCSELs is only a small fraction of the total thermal load and is relatively constant, the thermal power produced by the ICs increases more as the bit rate increases. For example, for high speed data received in the high-performance CXP module, one or more of the ICs will typically include a CDR circuit which is used to recover the clock and data bits. The CDR circuit consumes and dissipates a relatively large amount of power. In contrast to the well-known CXP module 2 which is in the 1 Typically, with approximately 2 to 3 watts of power dissipated for the VCSELs and ICs, the high performance CXP module of the illustrative embodiment typically dissipates approximately 4 to 9 watts of power for the VCSELs and ICs combined. From the 4 to 9 watts of the total power, which The VCSELs are responsible for only about 10% (ie, 0.4 to 0.9 watts).
Daher sollte, angenommen dass die Wärmedissipation Vorrichtung 3, welche in der 1 gezeigt ist, in dem Hoch Performanz CXP Modul des illustrativen Ausführungsbeispiels verwendet wird, die Wärmedissipation Vorrichtung 3 zum Dissipieren von irgendwas von ungefähr 3,6 bis ungefähr 8,1 Watt geeignet sein. Wie ebenfalls oben angedeutet ist, setzen existierende CXP Standards die maximale Temperatur des CXP Gehäuses 2a bei 80° C und die maximale Temperatur der umgebenden Luft im Inneren der U1 Box bei 70° C, was zu einer Temperaturdifferenz von 10° C korrespondiert. Jedoch sind die ICs geeignet, zufriedenstellend bei einer Temperatur von so hoch wie ungefähr 125° C betrieben zu werden. Weil die ICs geeignet sind, zufriedenstellend bei einer höheren Betriebstemperatur betrieben zu werden, wird in Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel der Temperatur des CXP Modulgehäuses 2a erlaubt, sich auf 90° C zu erhöhen, was zu einer Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Luft im Inneren der Box (70° C) und der Temperatur des Modulgehäuse 2a von 20° C korrespondiert. Folglich hat sich die Temperaturdifferenz nun von 10° C auf 20 °C verdoppelt. Das Verdoppeln dieser Temperaturdifferenz bedeutet, dass die Wärmedissipation Vorrichtung 3 nun doppelt so viel Wärme absorbieren kann, ohne in der Größe erhöht werden zu müssen. Therefore, suppose that the heat dissipation device 3 which in the 1 is shown in the high performance CXP module of the illustrative embodiment, the heat dissipation device 3 to dissipate anything from about 3.6 to about 8.1 watts. As also indicated above, existing CXP standards set the maximum temperature of the CXP housing 2a at 80 ° C and the maximum temperature of the ambient air inside the U1 box at 70 ° C, which corresponds to a temperature difference of 10 ° C. However, the ICs are capable of being satisfactorily operated at a temperature as high as about 125 ° C. Because the ICs are capable of being satisfactorily operated at a higher operating temperature, in accordance with an illustrative embodiment, the temperature of the CXP module housing becomes 2a allowed to increase to 90 ° C, resulting in a temperature difference between the temperature of the air inside the box (70 ° C) and the temperature of the module housing 2a of 20 ° C corresponds. Consequently, the temperature difference has now doubled from 10 ° C to 20 ° C. Doubling this temperature difference means that the heat dissipation device 3 can now absorb twice as much heat without having to increase in size.
Auf der anderen Seite können VCSELs, welche zum Betrieben werden bei höherer Geschwindigkeit geeignet sind, dies oft nur bei niedrigeren Temperaturen tun. In dem bekannten CXP Modul 2, welches in der 1 gezeigt ist, wurden die Laserdioden bei niedrigeren Geschwindigkeiten betrieben und es war ihnen daher erlaubt, bei einer Temperatur von näherungsweise 90° C betrieben zu werden. Jedoch, um die VCSELs des Hoch-Performanz CXP Moduls bei höheren Datenraten (z.B. 20 bis 25 Gbps) zu betreiben, ohne eine Degradierung der Performanz zu erleiden, ist es bestimmt worden, dass sie bei einer Temperatur von ungefähr 70° gehalten werden sollten. CXP Standards limitieren die maximale Temperatur der Umgebungsluft vor der 1U Box auf 55° C. In Übereinstimmung mit dem illustrativen Ausführungsbeispiel ist die Wärmedissipation Vorrichtung, welche zum Dissipieren der Wärme verwendet wird, welche mittels der VCSELs produziert wird, auf einem Abschnitt des Modulgehäuses angeordnet, welcher auf der vorderen Seite der Box lokalisiert ist, so dass sie mittels der Umgebungsluft vor der Box gekühlt wird. Diese Wärmedissipation Vorrichtung ist ausgebildet, um sicherzustellen, dass sie die Wärme adäquat dissipiert, welche mittels der VCSELs erzeugt wird, so dass deren Betriebstemperaturen nicht über 70° C hinausgehen. Ein illustratives Ausführungsbeispiel der Konfiguration dieser Wärmedissipation Vorrichtung und der Art und Weise, in welcher die Wärmedissipation Pfade der ICs und der VCSELs thermisch entkoppelt sind, wird nun mit Bezug auf die 2–9 beschrieben werden, in welchen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Komponenten, Elemente oder Merkmale repräsentieren. On the other hand, VCSELs that are capable of operating at higher speeds often only do so at lower temperatures. In the well-known CXP module 2 which is in the 1 As shown, the laser diodes were operated at lower speeds and therefore allowed to operate at a temperature of approximately 90 ° C. However, to operate the VCSELs of the high-performance CXP module at higher data rates (eg, 20 to 25 Gbps) without degrading performance, it has been determined that they should be maintained at a temperature of about 70 ° C. CXP standards limit the maximum ambient air temperature in front of the 1U box to 55 ° C. In accordance with the illustrative embodiment, the heat dissipation device used to dissipate the heat produced by the VCSELs is disposed on a portion of the module housing. which is located on the front side of the box so that it is cooled by the ambient air in front of the box. This heat dissipation device is designed to ensure that it adequately dissipates the heat generated by the VCSELs so that their operating temperatures do not exceed 70 ° C. An illustrative embodiment of the configuration of this heat dissipation device and the manner in which the heat dissipation paths of the ICs and the VCSELs are thermally decoupled will now be described with reference to FIGS 2 - 9 in which similar reference numerals represent similar components, elements or features.
2 illustriert eine perspektivische Ansicht eines Hoch-Performanz CXP Moduls 100 in Übereinstimmung mit einem illustrativen Ausführungsbeispiel, welches einen vorderen und einen hinteren Gehäuseabschnitt 101 bzw. 102, ein Wärmedissipation Interface 103, welches an dem hinteren Gehäuseabschnitt 102 angeordnet ist, und eine Wärmedissipation Vorrichtung 110 hat, welche in dem vorderen Gehäuseabschnitt 101 angeordnet ist. 3 illustriert eine perspektivische Querschnittsansicht des CXP Moduls 100, welches in der 2 gezeigt ist, welches in einer Anschlussbuchse 121 eingesteckt ist, welche in einer Frontplatte 122 einer 1U Box 123 gebildet ist, von welcher nur ein Abschnitt in der 3 für die Zwecke der Klarheit gezeigt ist. In der Querschnittsansicht von 3 können Abschnitte der ersten und zweiten Platine 104a bzw. 104b und Abschnitte des Wärmedissipation Interface 103 und der Wärmedissipation Vorrichtung 110 des Moduls 100 gesehen werden. 2 illustrates a perspective view of a high-performance CXP module 100 in accordance with an illustrative embodiment comprising a front and a rear housing portion 101 respectively. 102 , a heat dissipation interface 103 , which on the rear housing section 102 is arranged, and a heat dissipation device 110 which has in the front housing section 101 is arranged. 3 illustrates a cross-sectional perspective view of the CXP module 100 which is in the 2 is shown, which in a socket 121 is plugged in, which is in a front panel 122 a 1U box 123 is formed, of which only a section in the 3 for the sake of clarity. In the cross-sectional view of 3 can sections of the first and second board 104a respectively. 104b and sections of the heat dissipation interface 103 and the heat dissipation device 110 of the module 100 be seen.
4 illustriert eine perspektivische Draufsicht auf einen Abschnitt des CXP Moduls 100, welches in der 2 gezeigt ist, wobei das CXP Modulgehäuse 101/102 entfernt ist, um interne Merkmale des CXP Moduls 100 offen zu legen, einschließlich der ersten Platine 104a, einer Kunststoff Abdeckung 105, einem ersten und einem zweiten Wärmedissipation Block 106 bzw. 107, welche auf der ersten Platine 104a montiert sind und welche durch jeweilige Öffnungen hindurch hervorstehen, welche in der Kunststoff Abdeckung 105 gebildet sind, und einem optischen Verbinder 108, welcher mit einer Anschlussbuchse zusammenpasst, welche in der Kunststoff Abdeckung 105 gebildet ist. 5 illustriert eine perspektivische Draufsicht auf einen Abschnitt des CXP Moduls 100, welches in der 4 gezeigt ist, wobei die Kunststoff Abdeckung 105 und der optische Verbinder 108 entfernt sind, um andere Komponenten des CXP Moduls 100 freizulegen, einschließlich Abschnitten der ersten Platine 104a, des ersten und des zweiten Wärmedissipation Blocks 106 und 107, der ersten und zweiten ICs 111 bzw. 112 und einen Array von VCSELs 113. Die Kunststoff Abdeckung 105 (4) hat ein Optiksystem (nicht gezeigt), welches darin für ein optisches Koppeln von optischen Signale gebildet ist, welche aus den Enden von optischen Fasern 109 (4), welche in dem optischen Verbinder 108 (4) gehalten sind, auf jeweilige VCSELs des VCSEL Arrays 113 austreten. 4 illustrates a top perspective view of a portion of the CXP module 100 which is in the 2 shown is the CXP module housing 101 / 102 is removed to internal features of the CXP module 100 disclose, including the first board 104a , a plastic cover 105 , a first and a second heat dissipation block 106 respectively. 107 which is on the first board 104a are mounted and which protrude through respective openings, which in the plastic cover 105 are formed, and an optical connector 108 , which mates with a socket, which in the plastic cover 105 is formed. 5 illustrates a top perspective view of a portion of the CXP module 100 which is in the 4 shown is the plastic cover 105 and the optical connector 108 are removed to other components of the CXP module 100 expose, including sections of the first board 104a , the first and the second heat dissipation block 106 and 107 , the first and second ICs 111 respectively. 112 and an array of VCSELs 113 , The plastic cover 105 ( 4 ) has an optical system (not shown) formed therein for optically coupling optical signals emerging from the ends of optical fibers 109 ( 4 ), which in the optical connector 108 ( 4 ) are held on respective VCSELs of the VCSEL array 113 escape.
6 illustriert einen obere Draufsicht des Abschnitts des ersten Platine 104a, welche in der 5 gezeigt ist, wobei die ICs 111 und 112 und das VCSEL Array 113 entfernt sind, um eine strukturierte Wärmedissipation Schicht 115 freizulegen, welche auf der oberen Oberfläche der ersten Platine 104a gebildet ist. 7 illustriert eine obere Draufsicht des Abschnitts der ersten Platine 104a, welche in der 6 gezeigt ist, wobei die ICs 111 und 112 und das VCSEL Array 113 auf bestimmten Abschnitten der strukturierten Wärmedissipation Schicht 115 montiert sind. 6 illustrates an upper plan view of the portion of the first board 104a which in the 5 is shown, the ICs 111 and 112 and the VCSEL array 113 are removed to a structured heat dissipation layer 115 uncover, which is on the upper surface of the first board 104a is formed. 7 illustrates an upper plan view of the portion of the first board 104a which in the 6 is shown, the ICs 111 and 112 and the VCSEL array 113 on certain sections of the structured heat dissipation layer 115 are mounted.
8A und 8B illustrieren perspektivische vordere bzw. hintere Ansichten des Wärmedissipation Interface 103 und der Wärmedissipation Vorrichtung 110 des CXP Moduls 100, welches in den 2 und 3 gezeigt ist. 9 illustriert eine perspektivische hintere Ansicht des hinteren Gehäuseabschnitts 102, welche die Konfiguration des Wärmedissipation Interface 103 und des thermischen Pfads zeigt, welchen es bereitstellt. Das Hoch-Performanz CXP Modul 100 und die verbesserte Wärmedissipation Lösung, welche darin eingesetzt wird, wird nun mit Bezug auf die 2–9 beschrieben werden. 8A and 8B illustrate perspective front and rear views of the heat dissipation interface 103 and the heat dissipation device 110 of the CXP module 100 , which in the 2 and 3 is shown. 9 illustrates a rear perspective view of the rear housing portion 102 showing the configuration of the heat dissipation interface 103 and the thermal path it provides. The high-performance CXP module 100 and the improved heat dissipation solution employed therein will now be described with reference to FIGS 2 - 9 to be discribed.
Mit Bezug zuerst auf die 3 hat das CXP Modul 100 einen vorderen Modulabschnitt 100a und einen hinteren Modulabschnitt 100b, welche vor bzw. hinter der Frontplatte 122 der 1U Box 123 angeordnet sind, wenn das CXP Modul 100 in die Anschlussbuchse 121 eingesteckt ist, welche in der Frontplatte 122 gebildet ist. Der vordere Modulabschnitt 100a beinhaltet den vorderen Gehäuseabschnitt 101 und Komponenten des CXP Moduls 100, welche in dem vorderen Gehäuseabschnitt 101 untergebracht sind, einschließlich der vorderen Abschnitte der ersten und zweiten Platine 104a und 104b, auf welchen verschiedene Komponenten (welche nicht für die Zwecke der Klarheit gezeigt sind) montiert sind. Der hintere Modulabschnitt 100b beinhaltet den hinteren Gehäuseabschnitt 102 und Komponenten des CXP Moduls 100, welche in dem hinteren Gehäuseabschnitt 102 untergebracht sind, einschließlich der hinteren Abschnitte der ersten und zweiten Platine 104a und 104b und verschiedene Komponenten, welche darauf montiert sind. Der vordere und der hintere Gehäuseabschnitt 101 und 102 sind typischerweise integral in einem einzelnen Gehäuse gebildet, aber sie könnten separate Teile sein, welche mechanisch miteinander gekoppelt sind. In Übereinstimmung mit diesem illustrativen Ausführungsbeispiel sind der vordere und der hintere Gehäuseabschnitt 101 und 102 aus einem thermisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, hergestellt. Referring first to the 3 has the CXP module 100 a front module section 100a and a rear module section 100b , which are in front of or behind the front panel 122 the 1U box 123 are arranged when the CXP module 100 into the connection socket 121 which is in the front panel 122 is formed. The front module section 100a includes the front housing section 101 and components of the CXP module 100 , which in the front housing section 101 are housed, including the front portions of the first and second circuit board 104a and 104b on which various components (which are not shown for purposes of clarity) are mounted. The rear module section 100b includes the rear housing section 102 and components of the CXP module 100 , which in the rear housing section 102 are housed, including the rear portions of the first and second circuit board 104a and 104b and various components mounted thereon. The front and rear housing sections 101 and 102 are typically formed integrally in a single housing, but they could be separate parts that are mechanically coupled together. In accordance with this illustrative embodiment, the front and rear housing sections are 101 and 102 made of a thermally insulating material such as plastic.
Das Wärmedissipation Interface 103 ist auf und in dem hinteren Gehäuseabschnitt 102 (2) angeordnet. Das Wärmedissipation Interface 103 ist aus einem Material von einer hohen thermischen Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt und ist mechanisch und thermisch mit der Wärmedissipation Vorrichtung 3 (3) gekoppelt. Wie unten detaillierter beschrieben werden wird, wird die Wärme, welche mittels der ICs (5) des Moduls 100, aber nicht mittels des VCSEL Arrays 113 (5) generiert wird, über das Interface 103 an die Wärmedissipation Vorrichtung 3 transferiert, wo die Wärme dissipiert wird. The heat dissipation interface 103 is on and in the rear housing section 102 ( 2 ) arranged. The heat dissipation interface 103 is made of a material of high thermal conductivity, such as copper, and is mechanical and thermal with the heat dissipation device 3 ( 3 ) coupled. As will be described in more detail below, the heat generated by the ICs ( 5 ) of the module 100 but not using the VCSEL array 113 ( 5 ) is generated via the interface 103 to the heat dissipation device 3 transfers where the heat is dissipated.
Die Wärmedissipation Vorrichtung 110 ist an dem vorderen Gehäuseabschnitt 101 (2 und 3) in einer festen, vorgegebenen Position gesichert. Wie in der 3 gezeigt ist, ist die Wärmedissipation Vorrichtung 110 an der vorderen Seite der Frontplatte 122 angeordnet, wenn das CXP Modul 100 in die Anschlussbuchse 121 eingesteckt ist. Wie unten detaillierter beschrieben werden wird, wird die Wärme, welche mittels des VCSEL Arrays 113 (5) generiert wird, an die Wärmedissipation Vorrichtung 110 transferiert, welche mittels der Luft gekühlt ist, welche die Wärmedissipation Vorrichtung 110 auf der vorderen Seite der Platte 122 umgibt. Die thermischen Pfade, entlang welcher die Wärme an die Wärmedissipation Vorrichtungen 3 und 110 transferiert wird, sind thermisch voneinander entkoppelt, wie unten detaillierter beschrieben werden wird. The heat dissipation device 110 is on the front housing section 101 ( 2 and 3 ) secured in a fixed, predetermined position. Like in the 3 shown is the heat dissipation device 110 on the front side of the front panel 122 arranged when the CXP module 100 into the connection socket 121 is plugged in. As will be described in more detail below, the heat generated by the VCSEL array 113 ( 5 ) is generated at the heat dissipation device 110 which is cooled by the air which the heat dissipation device 110 on the front side of the plate 122 surrounds. The thermal paths along which heat transfers to the heat dissipation devices 3 and 110 are thermally decoupled from each other, as will be described in greater detail below.
Mit Bezug auf die 6, welche die strukturierte Wärmedissipation Schicht 115 zeigt, wobei die ICs 111, 112 und die VCSELs 113 entfernt sind, wird ein Abschnitt 115a der strukturierten Wärmedissipation Schicht 115 zum Dissipieren von Wärme verwendet, welche mittels des Arrays von VCSELs 113 (5 und 7) generiert wird. Die Wärmedissipation Schicht 115 ist aus einem Material von hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt. Der Abschnitt 115b (6) der Wärmedissipation Schicht 115 agiert als ein Wärmedissipation Pfad für eine Platzierung des Arrays von VCSELs 113 (5 und 7) auf der Platine 104. Die Wärme, welche mittels des VCSEL Arrays 113 generiert wird, wird zunächst nach unten in den Abschnitt 115b (6) der Wärmedissipation Schicht 115 transferiert und bewegt sich dann entlang eines thermischen Pfads, welcher mittels des Pfeils 116 (6) repräsentiert wird, in einen Abschnitt 115a (6 und 7) der Wärmedissipation Schicht 115. Der Wärmedissipation Block 106 (5) ist so auf dem Abschnitt 115a montiert, dass die Wärme, welche in den Abschnitt 115a fließt, dann in den Wärmedissipation Block 106 fließt, welcher aus einem Material von hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt ist. Die Wärme, welche in den Wärmedissipation Block 106 fließt, wird letztlich in die Wärmedissipation Vorrichtung 110 (2 und 3) mittels eines thermischen Pfads transferiert, welcher detaillierter unten beschrieben werden wird. With reference to the 6 showing the structured heat dissipation layer 115 shows, the ICs 111 . 112 and the VCSELs 113 are removed, becomes a section 115a the structured heat dissipation layer 115 used to dissipate heat generated by the array of VCSELs 113 ( 5 and 7 ) is generated. The heat dissipation layer 115 is made of a material of high thermal conductivity, such as copper. The section 115b ( 6 ) of the heat dissipation layer 115 acts as a heat dissipation path for placement of the array of VCSELs 113 ( 5 and 7 ) on the board 104 , The heat generated by the VCSEL array 113 is generated, first down in the section 115b ( 6 ) of the heat dissipation layer 115 then transfers and then moves along a thermal path, which by means of the arrow 116 ( 6 ) is represented in a section 115a ( 6 and 7 ) of the heat dissipation layer 115 , The heat dissipation block 106 ( 5 ) is so on the section 115a Mounted that heat, which is in the section 115a flows, then into the heat dissipation block 106 flowing, which is made of a material of high thermal conductivity, such as copper. The heat, which in the heat dissipation block 106 flows, ultimately, into the heat dissipation device 110 ( 2 and 3 ) is transferred by means of a thermal path, which will be described in more detail below.
Der Abschnitt 115c (6 und 7) der Wärmedissipation Schicht 115 wird zum Dissipieren von Wärme verwendet, welche mittels der ICs 111 von 112 generiert wird. In Übereinstimmung mit diesem illustrativen Ausführungsbeispiel beinhalten die ICs 111 und 112 (5 und 7) eine VCSEL Treiber Schaltung zum Treiben der VCSELs des Arrays 113 und eine CDR Schaltung zum Durchführen einer Takt- und Datenwiederherstellung von Signalen, welche in den Empfangskanälen des CXP Moduls 100 empfangen werden. Die Abschnitte 115d und 115e (6) der Wärmedissipation Schicht 115 agieren als Wärmedissipation Pads zum Platzieren der ICs 111 und 112 (5 und 7) auf der ersten Platine 104a. Die Wärme, welche mittels der ICs 111 und 112 generiert wird, wird zunächst nach unten in die Abschnitte 115d und 115e (6) der Wärmedissipation Schicht 115 transferiert und bewegt sich dann entlang thermischen Pfade, welcher mittels der Pfeile 117a bzw. 117b (6) repräsentiert werden, in den Abschnitt 115c der Wärmedissipation Schicht 115. Der Wärmedissipation Block 107 (5) ist so auf dem Abschnitt 115c montiert, dass die Wärme, welche in den Abschnitt 115c fließt, dann in den Wärmedissipation Block 107 fließt, welcher aus einem Material von hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt ist. Die Wärme, welche in den Wärmedissipation Block 107 fließt, wird in das Wärmedissipation Interface 103 (2 und 3) mittels eines thermischen Pfads transferiert, welcher detaillierter unten beschrieben werden wird. Die Wärme, welche in das Wärmedissipation Interface 103 transferiert wird, wird letztlich über das Interface 103 in die Wärmedissipation Vorrichtung 3 (3) transferiert. The section 115c ( 6 and 7 ) of the heat dissipation layer 115 is used to dissipate heat generated by the ICs 111 from 112 is generated. In accordance with this illustrative embodiment, the ICs include 111 and 112 ( 5 and 7 ) a VCSEL driver circuit for driving the VCSELs of the array 113 and a CDR circuit for performing clock and data recovery of signals received in the receive channels of the CXP module 100 be received. The sections 115d and 115e ( 6 ) of the heat dissipation layer 115 Act as heat dissipation pads to place the ICs 111 and 112 ( 5 and 7 ) on the first board 104a , The heat generated by the ICs 111 and 112 is generated, first down in the sections 115d and 115e ( 6 ) of the heat dissipation layer 115 transfers and then moves along thermal paths, which by means of the arrows 117a respectively. 117b ( 6 ) in the section 115c the heat dissipation layer 115 , The heat dissipation block 107 ( 5 ) is so on the section 115c Mounted that heat, which is in the section 115c flows, then into the heat dissipation block 107 flowing, which is made of a material of high thermal conductivity, such as copper. The heat, which in the heat dissipation block 107 flows into the heat dissipation interface 103 ( 2 and 3 ) is transferred by means of a thermal path, which will be described in more detail below. The heat that enters the heat dissipation interface 103 is ultimately transferred via the interface 103 in the heat dissipation device 3 ( 3 ) transferred.
Mit Bezug auf die 8A kann die Beziehung zwischen der ersten Platine 104a, den Komponenten, welche darauf montiert sind, und der Wärmedissipation Vorrichtung 110 klar gesehen werden. Für die Zwecke der Klarheit sind der erste und der zweite Modulgehäuse Abschnitt 101 und 102 und die zweite Platine 104b nicht gezeigt, um es dem thermischen Pfad von dem Wärmedissipation Block 106 zu der Wärmedissipation Vorrichtung 110 zu erlauben, klar gesehen zu werden. Die Wärmedissipation Vorrichtung 110 ist aus einem thermischen leitenden Material hergestellt. In Übereinstimmung mit diesem illustrativen Ausführungsbeispiel ist die Wärmedissipation Vorrichtung 110 im Allgemeinen U-förmig, wie mittels eines horizontalen Abschnitts 110a und vertikalen Seitenabschnitten 110b und 110c definiert ist, welche mittels des horizontalen Abschnitt 110a verbunden sind. In Übereinstimmung mit diesem illustrativen Ausführungsbeispiel ist jeder der Seitenabschnitte 110b und 110c in einen U-förmigen Seitenabschnitt gefaltet, um die Größe der Oberflächenfläche zu erhöhen, über welche die Wärme transferiert wird. Eine Lasche (tab) 110d ist in einem direkten Kontakt mit dem Wärmedissipation Block 106, um den thermischen Pfad für die Wärme bereitzustellen, um von dem Wärmedissipation Block 106 in die Wärmedissipation Vorrichtung 110 zu fließen. With reference to the 8A can the relationship between the first board 104a , the components mounted thereon, and the heat dissipation device 110 be seen clearly. For purposes of clarity, the first and second module housings are section 101 and 102 and the second board 104b not shown to block the thermal path of the heat dissipation block 106 to the heat dissipation device 110 to allow to be seen clearly. The heat dissipation device 110 is made of a thermal conductive material. In accordance with this illustrative embodiment, the heat dissipation device is 110 generally U-shaped, such as by means of a horizontal section 110a and vertical side sections 110b and 110c is defined, which by means of the horizontal section 110a are connected. In accordance with this illustrative embodiment, each of the side sections 110b and 110c folded into a U-shaped side portion to increase the size of the surface area over which the heat is transferred. A tab (tab) 110d is in direct contact with the heat dissipation block 106 to provide the thermal path for the heat to block from the heat dissipation block 106 in the heat dissipation device 110 to flow.
Weil die Wärmedissipation Vorrichtung 110 auf der vorderen Seite der Frontplatte 122 der 1U Box 123 (3) angeordnet ist, ist die umgebende Luft typischerweise ungefähr 55° C. Die Wärmedissipation Vorrichtung 110 dissipiert die Wärme adäquat, welche mittels des Arrays von VCSELs 113 (5) erzeugt wird, so dass deren Betriebstemperaturen nicht über 70° C hinausgehen. Dies erlaubt es den VCSELs des Arrays 113, bei höheren Geschwindigkeiten (z. B. 20 bis 25 Gbps) betrieben zu werden. Jedoch mag sie, weil die Wärmedissipation Vorrichtung 110 auf der vorderen Seite der Frontplatte 122 angeordnet ist, für Personen zugänglich sein. Daher ist es nicht wünschenswert, der Wärmedissipation Vorrichtung 110 zu erlauben, so heiß zu werden, dass sie eine Verbrennungsgefahr für Personen darstellt. Aus diesem Grund hat in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Wärmedissipation Vorrichtung 110 eine ausreichend hohe thermische Leitfähigkeit, um die VCSELs des Arrays 113 bei ungefähr 70° C zu halten, aber eine ausreichend geringe thermische Leitfähigkeit, dass die Wärmedissipation Vorrichtung 110 keine Verbrennungsgefahr für Personen darstellt. Mit anderen Worten ist die Wärmedissipation Vorrichtung 110 bevorzugt ausgebildet und hergestellt, eine limitierte thermische Leitfähigkeit zu haben, welche ausreichend ist, um beide diese Ziele zu erreichen. Because the heat dissipation device 110 on the front side of the front panel 122 the 1U box 123 ( 3 ), the ambient air is typically about 55 ° C. The heat dissipation device 110 The heat dissipates adequately through the array of VCSELs 113 ( 5 ) is generated so that their operating temperatures do not exceed 70 ° C. This allows the VCSELs of the array 113 to be operated at higher speeds (eg 20 to 25 Gbps). However, she likes because the heat dissipation device 110 on the front side of the front panel 122 is arranged to be accessible to persons. Therefore, it is not desirable to the heat dissipation device 110 to allow it to get so hot that it poses a burn hazard to people. For this reason, in accordance with the preferred embodiment, the heat dissipation device 110 a sufficiently high thermal conductivity to the VCSELs of the array 113 at about 70 ° C, but a sufficiently low thermal conductivity that the heat dissipation device 110 no risk of burns to persons. In other words, the heat dissipation device 110 preferably designed and manufactured to have a limited thermal conductivity which is sufficient to achieve both of these goals.
Ein Weg, diese beiden Ziele zu erreichen, ist, die Wärmedissipation Vorrichtung 110 aus einem rostfreien Stahl (stainless steel) herzustellen und dann mit einer thermisch isolierenden Pulverfarbe zu beschichten. Die fertige Wärmedissipation Vorrichtung 110 ist bevorzugt, aber nicht notwendigerweise schwarz in der Farbe, weil Schwarz die effizienteste Farbe im Sinne einer Wärmestrahlung (heat radiation) ist. Mittels Verwendens von einem rostfreien Stahl, welcher mit einer thermisch isolierenden Pulverfarbe bedeckt ist, anstelle von, zum Beispiel Kupfer, welches eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit hat, wird die Wärmedissipation Vorrichtung 110 mit einer ausreichend hohen thermischen Leitfähigkeit, um das VCSEL Array 113 bei ungefähr 70° C zu halten, aber einer ausreichend niedrigen thermischen Leitfähigkeit bereitgestellt, um es zu hindern, eine Verbrennungsgefahr zu sein. One way to achieve these two goals is to use the heat dissipation device 110 made of a stainless steel (stainless steel) and then coated with a thermally insulating powder paint. The finished heat dissipation device 110 is preferred but not necessarily black in color because black is the most efficient color for heat radiation. By using a stainless steel covered with a thermally insulating powder paint instead of, for example, copper, which has a very high thermal conductivity, the heat dissipation device becomes 110 with a sufficiently high thermal conductivity to the VCSEL array 113 at about 70 ° C, but provided a sufficiently low thermal conductivity to prevent it from being burned.
Um diese Ziele zu erreichen, sollte die Wärmedissipation Vorrichtung 110 eine thermische Leitfähigkeit haben, welche von einem Minimum von ungefähr 2,0 Watt pro Meter-Kelvin (W/m-K) bis zu einem Maximum von ungefähr 50,0 W/m-K reicht. Die Wärmedissipation Vorrichtung 110 kann mit dieser limitierten thermischen Leitfähigkeit in einer Vielzahl von Wegen bereitgestellt werden, wie es von Personen mit Fachwissen bei Durchsicht der Beschreibung verstanden werden wird, welche hierin bereitgestellt ist. Zum Beispiel mag eine Vielzahl von Materialien und Behandlungen für diese Zwecke verwendet werden, einschließlich einer Vielzahl von keramischen Materialien. Ebenfalls mögen verschiedene Abschnitte der Wärmedissipation Vorrichtung 110 unterschiedliche thermische Leitfähigkeiten haben. Zum Beispiel mag die Lasche 110d und die inneren Abschnitte der U-förmigen Seiten 110b und 110c aus einem Material hergestellt sein, welches eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, wie zum Beispiel Kupfer, während der horizontale Abschnitt 110a und die äußeren Abschnitte der U-förmigen Seiten 110b und 110c aus einem Material hergestellt sein mögen, welches eine niedrigere thermische Leitfähigkeit hat, um keine Verbrennungsgefahr darzustellen, wie zum Beispiel der zuvor genannte rostfreie Stahl, welcher mit einer thermisch isolierenden Pulverfarbe bedeckt ist. Dieser letzte Ansatz ist ähnlich zu einem Ausstatten einer metallenen Bratpfanne (frying pan) mit einem hölzernen Griff. Personen mit Fachwissen werden bei Ansicht der hierin bereitgestellten Beschreibung verstehen, wie die Wärmedissipation Vorrichtung 110 zu konfigurieren ist, um diese Ziele zu erreichen. To achieve these goals, the heat dissipation device should 110 have a thermal conductivity ranging from a minimum of about 2.0 watts per meter Kelvin (W / mK) to a maximum of about 50.0 W / mK. The heat dissipation device 110 can be provided with this limited thermal conductivity in a variety of ways, as will be understood by persons skilled in the art upon review of the description provided herein. For example, a variety of materials and treatments for these purposes be used, including a variety of ceramic materials. Likewise, different sections of the heat dissipation device like 110 have different thermal conductivities. For example, the tab likes 110d and the inner portions of the U-shaped sides 110b and 110c be made of a material having a high thermal conductivity, such as copper, during the horizontal section 110a and the outer portions of the U-shaped sides 110b and 110c may be made of a material which has a lower thermal conductivity so as not to present a risk of burns, such as the aforementioned stainless steel which is covered with a thermally insulating powder paint. This last approach is similar to providing a frying pan with a wooden handle. Those skilled in the art will understand, in light of the description provided herein, such as the heat dissipation device 110 is to be configured to achieve these goals.
Mit Bezug auf die 8B kann der thermische Pfad von dem Wärmedissipation Block 107 zu dem Wärmedissipation Interface 103 klar gesehen werden. Es sollte beachtet werden, dass die Wärmedissipation Vorrichtung 110 und das Wärmedissipation Interface 103 nicht in einen physikalischen Kontakt miteinander kommen. Mit anderen Worten sind sie mechanisch und thermisch voneinander isoliert. Das Wärmedissipation Interface 103 ist aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt und bevorzugt aus einem Material von hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer. Weil das Wärmedissipation Interface 103 hinter der Frontplatte 122 angeordnet ist, ist es im Allgemeinen nicht für Personen zugänglich und daher ist es keine Sorge für eine Verbrennungsgefahr. With reference to the 8B the thermal path may block from the heat dissipation block 107 to the heat dissipation interface 103 be seen clearly. It should be noted that the heat dissipation device 110 and the heat dissipation interface 103 do not come into physical contact with each other. In other words, they are mechanically and thermally isolated from each other. The heat dissipation interface 103 is made of a thermally conductive material and preferably of a material of high thermal conductivity, such as copper. Because the heat dissipation interface 103 behind the front panel 122 is generally not accessible to people and therefore it is not a concern for burns.
In Übereinstimmung mit diesem illustrativen Ausführungsbeispiel hat das Wärmedissipation Interface 103 vertikalen Seitenwände 103a und 103b, einen im Allgemeinen horizontalen Abschnitt 103c, welcher die Seitenwände 103a und 103b verbindet, und erste, zweite bzw. dritte Lasche 103d, 103e und 103f, welche mit einer der Seitenwände 103a und 103b verbunden sind. Die erste Lasche 103d ist in einem Kontakt mit dem zweiten Wärmedissipation Block 107, um es der Wärme zu ermöglichen, welche in den zweiten Wärmedissipation Block 107 transferiert wird, dann in das Wärmedissipation Interface 103 transferiert zu werden. Die Wärme, welche in das Wärmedissipation Interface 103 transferiert wird, wird nachfolgend in die Wärmedissipation Vorrichtung 3 (3) transferiert. In accordance with this illustrative embodiment, the heat dissipation interface 103 vertical side walls 103a and 103b , a generally horizontal section 103c which the side walls 103a and 103b connects, and first, second and third tab 103d . 103e and 103f , which with one of the side walls 103a and 103b are connected. The first tab 103d is in contact with the second heat dissipation block 107 to allow the heat to enter the second heat dissipation block 107 then transferred to the heat dissipation interface 103 to be transferred. The heat that enters the heat dissipation interface 103 is transferred below into the heat dissipation device 3 ( 3 ) transferred.
In der 9 können die erste und die zweite Platine 104a und 104b und die Komponenten, welche auf ihnen montiert sind, gesehen werden. Die erste Platine 104a und die Komponenten, welche auf ihr montiert sind (5 und 8A) weisen die elektrische Unteranordnung (ESA) der Senderseite des CXP Moduls 100 auf. Die zweite Platine 104b und die Komponenten, welche auf ihr montiert sind (9A) weisen die ESA der Empfängerseite des CXP Moduls 100 auf. Die ESA für die Empfängerseite beinhaltet einen oder mehr Empfänger ICs (welche nicht für die Zwecke der Klarheit gezeigt sind) und ein Array von Photodioden 130. Die Empfänger ICs und das Photodioden Array 130 sind auf einer strukturierten Wärmedissipation Schicht 131 in derselben Art und Weise montiert, in welcher die ICs 111 und 112 und das VCSEL Array 113 auf der strukturierten Wärmedissipation Schicht 115 montiert sind, welche in der 7 gezeigt ist. Ein dritter und ein vierter Wärmedissipation Block 132 bzw. 133 sind auf der strukturierten Wärmedissipation Schicht 131 in derselben Art und Weise montiert, in welcher der erste und der zweite Wärmedissipation Block 106 bzw. 107 auf der strukturierten Wärmedissipation Schicht 115 montiert sind, wie oben mit Bezug auf die 7 beschrieben ist. Ein optischer Verbinder 138, welcher identisch zu dem optischen Verbinder 108 (4) sein mag, ist mit einer Anschlussbuchse zusammengepasst, welche in einer Kunststoff Abdeckung 139 gebildet ist, welche identisch zu der Kunststoff Abdeckung 105 (4) sein mag. In the 9 can the first and the second board 104a and 104b and the components mounted on them can be seen. The first board 104a and the components mounted on it ( 5 and 8A ) have the electrical sub-assembly (ESA) of the transmitter side of the CXP module 100 on. The second board 104b and the components mounted on it ( 9A ) show the ESA to the receiver side of the CXP module 100 on. The ESA for the receiver side includes one or more receiver ICs (which are not shown for purposes of clarity) and an array of photodiodes 130 , The receiver ICs and the photodiode array 130 are on a structured heat dissipation layer 131 mounted in the same way in which the ICs 111 and 112 and the VCSEL array 113 on the structured heat dissipation layer 115 which are mounted in the 7 is shown. A third and a fourth heat dissipation block 132 respectively. 133 are on the structured heat dissipation layer 131 mounted in the same manner in which the first and the second heat dissipation block 106 respectively. 107 on the structured heat dissipation layer 115 are mounted as above with respect to the 7 is described. An optical connector 138 which is identical to the optical connector 108 ( 4 ) is paired with a connector socket, which comes in a plastic cover 139 is formed, which is identical to the plastic cover 105 ( 4 ).
Der dritte und der vierte Wärmedissipation Block 132 und 133 sind in einem Kontakt mit der zweiten und der dritten Lasche 103e bzw. 103f des Wärmedissipation Interface 103, wie es in der 9 gezeigt ist. Die Wärme, welche mittels der ICs (nicht gezeigt) der Empfänger ESA generiert wird, wird in den dritten Wärmedissipation Block 132 transferiert und wird dann über die zweite Lasche 103e in die anderen Abschnitte des Wärmedissipation Interface 103 transferiert. Die Wärme, welche mittels des Photodioden Arrays 130 der Empfänger ESA generiert wird, wird in den vierten Wärmedissipation Block 133 transferiert und wird dann über die dritte Lasche 103f in die anderen Abschnitte des Wärmedissipation Interface 103 transferiert. Wie oben angedeutet ist, wird die Wärme, welche in das Wärmedissipation Interface 103 transferiert wird, nachfolgend in die Wärmedissipation Vorrichtung 3 (3) transferiert. The third and fourth heat dissipation block 132 and 133 are in contact with the second and third tabs 103e respectively. 103f the heat dissipation interface 103 as it is in the 9 is shown. The heat generated by the ICs (not shown) of the ESA receiver becomes the third heat dissipation block 132 transferred and then on the second tab 103e into the other sections of the heat dissipation interface 103 transferred. The heat generated by the photodiode array 130 the receiver ESA is generated, is in the fourth heat dissipation block 133 transfers and then goes over the third tab 103f into the other sections of the heat dissipation interface 103 transferred. As indicated above, the heat entering the heat dissipation interface 103 is transferred, subsequently in the heat dissipation device 3 ( 3 ) transferred.
Es sollte beachtet werden, dass das Hoch-Performanz CXP Modul 100 mit Bezug auf illustrative Ausführungsbeispiele für die Zwecke des Beschreibens der Prinzipien und Konzepte der Erfindung beschrieben worden ist. Viele Variationen können an dem CXP Modul 100 ohne ein Abweichen von der Erfindung vorgenommen werden. Zum Beispiel können die Sender- und Empfänger-ESAs eine Vielzahl von Konfigurationen haben, während dennoch die Ziele der Erfindung erreicht werden, wie von Personen mit Fachwissen bei Ansicht der Beschreibung verstanden werden wird, welche hierin bereitgestellt ist. Ähnlich können das Wärmedissipation Interface 103 und die Wärmedissipation Vorrichtung 110 eine Vielzahl von Konfigurationen haben, während dennoch die Ziele der Erfindung erreicht werden, wie von Personen mit Fachwissen bei Ansicht der Beschreibung verstanden werden wird, welche hierin bereitgestellt ist. It should be noted that the high-performance CXP module 100 with reference to illustrative embodiments for the purposes of describing the principles and concepts of the invention. Many variations can be made to the CXP module 100 be made without departing from the invention. For example, the sender and receiver ESAs may have a variety of configurations while still achieving the objects of the invention, as will be understood by those of skill in the art upon review of the specification provided herein. Similarly, the heat dissipation interface 103 and the heat dissipation device 110 have a variety of configurations while still achieving the objects of the invention as will be understood by persons skilled in the art upon review of the specification provided herein.
Auch ist, obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine Verwendung in einem CXP Modul beschrieben worden ist, die Erfindung nicht limitiert auf ein Verwendet werden in einem CXP Modul, sondern kann in irgendeinem Typ von optischen Kommunikationsmodul verwendet werden, in welchem gleiche oder ähnliche Ziele zu denen, welche hierin beschrieben sind, erreicht werden müssen. Wie von jenen mit Fachwissen bei Ansicht der Beschreibung, welche hierin bereitgestellt wird, verstanden werden wird, mögen viele zusätzliche Modifikationen an den Ausführungsbeispielen, welche hierin beschrieben sind, vorgenommen werden, während dennoch die Ziele der Erfindung erreicht werden, und alle solche Modifikationen sind innerhalb des Umfangs der Erfindung. Also, although the invention has been described with reference to use in a CXP module, the invention is not limited to being used in a CXP module, but may be used in any type of optical communication module in which the same or similar objectives apply those described herein must be achieved. As will be understood by those skilled in the art upon review of the specification provided herein, many additional modifications may be made to the embodiments described herein while still achieving the objects of the invention, and all such modifications are within the scope of the invention.
